view in publisher's site

Comparison of model predictive controller and optimized min-max algorithm for turbofan engine fuel control

Min-max selector structure is traditionally used as the industrial control architecture of commercial turbofan engines. However, recent studies indicate that this structure with linear compensators suffers from lack of safety guarantee in fast demands. On the other hand, model predictive control (MPC) technique, which incorporates input/output constraints in its optimization process, has the potential to fulfill the control requirements of an aircraft engine. In this paper, a practical approach is performed for design and optimization of the turbofan engine controller through a comparative study where all control modes and requirements have been taken into account simultaneously. For this purpose, a thermodynamic nonlinear model is firstly developed for the turbofan engine. The linear regulators of minmax structure are then optimized via genetic algorithm (GA). The MPC technique is formulated based on the proper discrete-time linearized state-space models at desired operating points with real-time optimization, in which the MPC tuning horizons are obtained through GA optimization procedure. The both controllers are implemented on appropriate hardware taking the real-time aspects into account. Finally, a hardware in the loop (HIL) platform is developed for the turbofan engine electronic control unit (ECU) testing. The software and HIL simulation results confirm that MPC improves the response time of the system in comparison with min-max algorithm and guarantees the engine limit protection. This study demonstrates competitive advantages of MPC in terms of limit protection assurance and fast response, despite more computational burden.

مقایسه کنترل پیش‌بین مدل و الگوریتم min - max برای کنترل سوخت موتور turbofan

ساختار انتخابگر Min - max به طور سنتی به عنوان معماری کنترل صنعتی موتورهای turbofan تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این حال مطالعات اخیر نشان می‌دهد که این ساختار با compensators خطی از عدم تضمین ایمنی در تقاضاهای سریع رنج می‌برد. از طرف دیگر، تکنیک کنترل پیش‌بین مدل (MPC)، که از محدودیت‌های ورودی / خروجی در فرآیند بهینه‌سازی خود استفاده می‌کند، پتانسیل لازم برای تحقق شرایط کنترل موتور هواپیما را دارد. در این مقاله، یک روش عملی برای طراحی و بهینه‌سازی کنترلر موتور turbofan از طریق مطالعه مقایسه‌ای که در آن همه حالت‌های کنترلی و الزامات به طور همزمان در نظر گرفته شده‌اند، انجام می‌شود. برای این منظور، ابتدا یک مدل غیر خطی ترمودینامیکی برای موتور turbofan توسعه داده می‌شود. تنظیم کنندگان خطی ساختار minmax سپس از طریق الگوریتم ژنتیک (GA)بهینه‌سازی می‌شوند. تکنیک MPC براساس مدل خطی شده زمان - زمان خطی شده در نقاط عملیاتی مطلوب با بهینه‌سازی زمان واقعی فرمول‌بندی می‌شود که در آن افق‌های تنظیم MPC از طریق روش بهینه‌سازی GA بدست می‌آیند. هر دو کنترل‌کننده بر روی سخت‌افزار مناسب پیاده می‌شوند و جنبه‌های بلادرنگ را در نظر می‌گیرند. در نهایت، یک سخت‌افزار در بس‌تر (hil)برای آزمایش دستگاه کنترل الکترونیکی موتور (ecu)توسعه داده می‌شود. نتایج شبیه‌سازی نرم‌افزاری و hil تایید می‌کند که MPC زمان واکنش سیستم در مقایسه با الگوریتم min - max را بهبود بخشیده و حفاظت محدود موتور را تضمین می‌کند. این مطالعه مزیت‌های رقابتی of را از نظر تضمین حفاظت محدود و واکنش سریع، با وجود بار محاسباتی بیشتر نشان می‌دهد.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Mechanics of Materials
  • ترجمه مقاله Mechanics of Materials
  • مقاله مکانیک مواد
  • ترجمه مقاله مکانیک مواد
  • مقاله Mechanical Engineering
  • ترجمه مقاله Mechanical Engineering
  • مقاله مهندسی مکانیک
  • ترجمه مقاله مهندسی مکانیک
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

95/12/18 - با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس و کروم٬ چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.